本研修について mruby 概要 mruby IoT フレームワーク Plato mruby ポーティング mruby ポーティング環境への Plato の適用 2

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たしろうたておか
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1 mruby IoT framework Plato と mruby のポーティング研修テキスト特定非営利活動法軽量 Ruby フォーラム 1

2 本研修について mruby 概要 mruby IoT フレームワーク Plato mruby ポーティング mruby ポーティング環境への Plato の適用 2

3 mruby 概要 Ruby を省リソース化した mruby の概要特徴 3

4 mruby とは高い生産性で人気の言語 Rubyの軽量版 mruby RAM サイズ 200KB 程度で動作可能組込み機器にも搭載可能経済産業省地域イノベーション創出研究開発事業の研究成果として2012 年 4 月に mruby を公開商利しやすい MIT ライセンスの OSS にてソース公開 4

5 Ruby の高い生産性ソケット通信の実装例 #include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <string.h> int main(void) { int sock; int i; struct sockaddr_in svaddr; const char msg[] = "Hello!!"; C 言語 (35 行 ) if ((sock = socket(pf_inet, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0) { puts("socket() failed."); return 1; } memset(&svaddr, 0, sizeof(svaddr)); svaddr.sin_family = AF_INET; svaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(" "); svaddr.sin_port = htons(30000); if (connect(sock, (struct sockaddr*)&svaddr, sizeof(svaddr)) < 0) { puts("connect() failed."); exit(2); } for (i=0; i<10; i++) { if (send(sock, msg, strlen(msg), 0)!= strlen(msg)) { puts("send() failed."); exit(3); } } close(sock); return 0; } require 'socket' begin sock = TCPSocket.open(" ", 30000) 10.times { sock.write("hello!!") } Ruby sock.close rescue => e (10 行 ) p e end コードが長くなりがち処理が複雑になりがち危険なポインタ操作メンテナンス性が低い短いコード簡潔な記述ポインタ操作なしメンテナンス性が高い 5

6 mruby の特徴 ISO, JIS 規格のRubyに準ずる言語仕様本家 Ruby と同様に使えるコンパクトな処理系 mruby VM mrubyコンパイラが出するバイトコードを実 VMさえ動作すればどんな環境でも動作可能 Windows, Mac, Linux, ITRON, Android, ios... C/C++ 言語との高い親和性組込みシステムの資産が再利可能アプリケーションにmrubyを組込み可能 6

7 補足 : Ruby と mruby インタプリタ言語 Ruby C 言語モジュールの呼び出しが可能実行時に RubyGems で機能拡張が可能 Integer 同士の演算 Integer Float 同士の演算 Float 非常に大きな整数値は Bignum で扱われる正規表現を標準装備 ASCII, Shift_JIS, UTF-8など様々な文字コードが利用可能バイナリ配布 ( ソースコードも入手可 ) mruby インタプリタ言語 / コンパイラ言語 C 言語モジュールの呼び出し C 言語からの呼び出しが可能ビルド時に mrbgems で機能拡張が可能 mrbgemsとrubygemsとは互換性なし演算結果が整数値 Integer 演算結果が浮動小数値 Float 非常に大きな整数値は Float で扱われる正規表現はオプション複数から選択可能文字コードは ASCII, UTF-8のみ利用可能 UTF-8はオプションソースコード配布容易にカスタマイズ可能 7

8 mruby を支えるコミュニティオープンソースコミュニティ 3,700 人超のフォロワーオープンソースとして成 200 人以上のコントリビュータ Creative 7,700 件を超える改良修正 (mruby 公開サイト ) Powerful NPO 軽量 Ruby フォーラムワーキンググループによる活動セミナー講演会等での広報活動福岡県からの支援 ( 軽量 Ruby フォーラムサイト ) 会員募集中!! 会員企業による商業ベースでの利推進実用化ビジネス利ノウハウ 8

9 IoT/M2M 時代の新言語 - mruby ものとインターネットものとものが繋がる全てのものがネットワークに繋がっていく組込み分野もフロンティア領域を重点分野として新しい市場が形成されていくこれに対応した組込み開発が必須になっていく経済産業省組込み開発の今後資料より 9

10 Plato - mruby IoT framework - mruby IoT フレームワーク Plato の概要 10

11 mruby IoT framework Plato Plato (仮) - mruby IoT framework NEDO助成事業組込みシステムの効率開発を可能とする開発フレームワークの研究開発にて開発中 2017/2 九州工業大学有明工業高等専門学校 SCSK九州 mrubyによるiot製品開発の効率化マイコンボードとシームレスに繋がる統合開発環境の提供組込み向けセキュリティ機能の提供 White-Tiger センサボード Plato IDE 11

12 Plato で出来ること mruby による IoT 製品開発の効率化組込み向けデバイスクラスライブラリの提供 BLE WiFi ZigBee など様々な通信方式にも対応典型的なアプリケーションの雛形を自動生成 (Rails のように ) シミュレータによる PC 上でのシミュレーション 12

13 Plato で出来ること mruby ボード (enzi) + センサボード (White-Tiger) 汎用 IO デジタル / アナログIO UART I 2 C SPI センサ温度湿度照度通信デバイス BLE Wi-Fi ZigBee Ethernet ファイルシステム RTC 13

14 Plato で出来ること Plato IDE Visual Studio Code ベースの開発環境 ( マルチ環境に対応 ) アプリ構成使用ライブラリを GUI で指定アプリケーションのコンパイルアプリケーションのシミュレーション実マイコンへのプログラム書き込み 14

15 Plato で出来ることセキュリティ機能 Plato Guard IoT 時代に必要となるセキュリティ機能をオプションで提供認証機能による不正アプリケーション実の防 ( 外部からの攻撃乗っ取りから守る ) 暗号化による実モジュール秘匿化 ( アプリケーション資産の漏洩を防ぐ ) 15

16 Plato が目指すところ rduino よりも簡単に組込み開発を mruby(ruby) でプログラミングできる多くのマイコンボードに対応 ( バイトコード互換 ) 必要なデバイスに応じて VM をカスタマイズできる mruby/cにも対応予定 ( サイズ省電 ) 16

17 mruby ポーティングマイコンボードへの mruby 適用 17

18 mruby ポーティング mruby ポーティングのために必要なこと mruby ビルド環境の構築 mruby のクロスビルドターゲットアプリへの mruby 組込み 18

19 mruby ビルド環境の構築 mruby ビルド環境の構築以下の環境を準備する開発 OS Microsoft Windows Mac これら以外の OSも利可能であるが本書ではこれら2つに限定して紹介する本家 Ruby Cコンパイラ GNU Bison git 19

20 mruby ビルド環境の構築本家 Ruby の導入 Windows の場合下記サイトよりRubyInstallerをダウンロードし最新版のRuby 環境インストールする (Ruby 2.0 以降を推奨 ) Macの場合 Mac OS にプリインストールされている Ruby が利可能 20

21 mruby ビルド環境の構築 C コンパイラの導入 Windows の場合 Cコンパイラを含むC 言語開発環境をインストールする利可能な C 語開発環境の例 Microsoft Visual Studio gcc (MinGW) gcc (Cygwin) Mac の場合 X Code および Command Line Toolsをインストールする 21

22 mruby ビルド環境の構築 GNU Bison の導入 Windows の場合下記サイトよりBisonのインストーラをダウンロードしセットアップする Mac の場合以下のコマンドを実してBisonをインストールする brew install bison 22

23 mruby ビルド環境の構築 git の導入 Windows の場合下記サイトよりgit for Windowsのインストーラをダウンロードしセットアップする Mac の場合以下のコマンドを実してgitをインストールする brew install git 23

24 mruby ビルド環境の構築 mruby のビルド 1. mruby ソースコードの入手とビルド以下のコマンドを実し mrubyソースコードを入手しビルドする cd < 任意のディレクトリ > git clone cd mruby make 2. 以下のコマンドを実し mruby のバージョン情報が表示されれば正しくビルドされている cd bin./mruby --version (Windows の場合は./ は不要 ) 24

25 mruby のクロスビルド mruby クロスビルドで必要な作業ターゲットボード用ツールチェインの入手ビルドスクリプトの記述 25

26 mruby のクロスビルドターゲットボード用ツールチェインの入手ターゲットボード向けのソフトウェア開発に必要なツールチェイン ( コンパイラリンカなどのセット ) をセットアップする例えば ARMプロセッサであれば以下のツールチェインが利可能 GNU ARM Embedded Toolchain 26

27 mruby のクロスビルドビルドスクリプトの記述 mruby のビルド構成はビルドスクリプト (build_config.rb) に記述されているターゲットボード向けにクロスビルドするには build_config.rbにクロスビルド用の記述を追加する必要がある build_config.rb の概要 MRuby::Build.new do conf end MRuby::Build.new('host-debug') do conf end MRuby::Build.new( test') do conf end MRuby::Build.new( bench') do conf end MRuby::CrossBuild.new('hoge') do conf end ホスト ( 開発環境 ) 用のビルド構成 build/host デバッガ unit テストベンチマーク用のビルド構成 build/host-debug build/test build/bench 追加するターゲット用のクロスビルド構成 build/ ターゲット名 27

28 mruby のクロスビルドビルドスクリプトの記述 build_config.rb に追加するクロスビルドの記述例を以下にす MRuby::CrossBuild.new('hoge') do conf toolchain :gcc conf.linker.flags << -m32 conf.cc do cc cc.command = 'arm-none-eabi-gcc' cc.flags = [] cc.flags << '-mcpu=cortex-m4 cc.flags << '-std=gnu99 cc.flgas << -mfpu=fpv4-sp-d16 mfloat-abi=soft # 省略 end conf.bins = [] conf.gem :core => 'mruby-print' conf.gem :git => # 省略 end リンカオプションコンパイラオプション使用する mrbgems( ライブラリ ) 使用するツールチェインの定義は tasks/toolchain 内に定義することで再利が可能となる詳細は mrubyのドキュメントを参照のこと 28

29 mruby のクロスビルドクロスビルド実 build_config.rb へのクロスビルド定義の追加が終わったら mruby をリビルドすることでmrubyのクロスビルドが実施される cd mruby make clean all ターゲット名を hoge とした場合はクロスビルドによって以下の mruby スタティックライブラリが生成される mruby/build/hoge/lib/libmruby.a 29

30 mruby のクロスビルドターゲットアプリへの mruby 組込みクロスビルドで作成した libmruby.a をターゲットアプリケーションにスタティックリンクすることでターゲットアプリケーションにmrubyを組み込むことができるターゲットアプリケーションからmrubyを呼び出すためには mruby の C API を使用するターゲットアプリケーションからのmrubyの呼び出し例を以下にす 30

31 mruby のクロスビルドターゲットアプリへの mruby 組込みターゲットアプリ (main.c) と C 言語側から呼び出す mruby アプリ (app.rb) の例を以下にす main.c #include mruby.h #include mruby/irep.h #include <stdio.h> void main(void) { extern uint8_t appbin[]; mrb_state *mrb = mrb_open(); mrb_value v; } v = mrb_load_irep(mrb, appbin); puts(mrb_string_value_cstr(mrb, v)); mrb_close(mrb); mruby VMの初期化 mruby アプリケーションの実行 mruby VM の終了 app.rb Hello, mruby! 31

32 mruby のクロスビルドターゲットアプリへの mruby 組込み以下のコマンドで mruby アプリケーションをコンパイルする mrbc Bappbin o app.c app.rb main.c 上記コンパイル結果(app.c) をコンパイルし前述の libmruby.a と共にリンクすることで mruby を追加したターゲットアプリケーションが完成するターゲットボード上で実しターミナルソフトなどで Hello, mruby! の表示を確認することで mruby の動作を確認できる 32

33 mruby ポーティング環境への Plato適用マイコンボード向け Plato カスタマイズ 33

34 mruby ポーティング環境への Plato 適用 Plato のボード対応に必要なこと mruby IoT framework Plato を新たなターゲットボードに対応させるためには以下が必要となる Plato IDE へのターゲットボード登録デバイス I/F 層ライブラリの実装 34

35 mruby ポーティング環境への Plato 適用 Plato IDE へのターゲットボード登録 Plato IDE にターゲットボードを追加するには以下の情報が必要となるターゲットボード名ターゲットボード ID ターゲットボード IDはライブラリの識別としても使されるため一意な名称を指定する必要がある 35

36 mruby ポーティング環境への Plato 適用デバイス I/F 層ライブラリの実装 Plato が提供するライブラリ群は mruby ライブラリ (mrbgems) 形式で実装されている Plato 提供ライブラリ群のうちデバイスI/F 層のライブラリは動作環境毎に提供されるターゲットボードを追加する場合にはターゲットボードのデバイス I/F 層ライブラリを実装提供する必要がある提供するライブラリは以下の命名規則に従う必要がある mruby-plato-xxxxx-< デバイス ID> Plato アプリケーションでライブラリ mruby-plato-xxxxx を使用する場合にデバイスIDを名称に付加したターゲットボード用のライブラリ mruby-plato-xxxxx-< デバイスID> が自動的に追加登録される 36

37 mruby ポーティング環境への Plato 適用デバイス I/F 層ライブラリの実装参考までに enzi ボード用に提供されているデバイス I/F 層ライブラリの一覧を示すライブラリ mruby-plato-analogio-enzi mruby-plato-digitalio-enzi mruby-plato-gpio-enzi mruby-plato-i2c-enzi mruby-plato-machine-enzi mruby-plato-serial-enzi mruby-plato-spi-enzi 内容アナログI/Oライブラリデジタル I/O ライブラリ GPIOライブラリ I 2 Cライブラリマシンライブラリ (delay 等 ) 必須シリアル (UART) I/Fライブラリ SPIライブラリこれらのうちマシンライブラリは必須であるがそれ以外は必要に応じて実装すれば良い 37

38 mruby ポーティング環境への Plato 適用デバイス I/F 層ライブラリの Plato への登録作成したデバイスI/F 層ライブラリをPlatoに登録するにはライブラリリストファイルを作成する必要があるライブラリリストファイルは以下に示すような JSON 形式で記述しファイル名を mgem-< デバイスID>.lst とする必要があるライブラリリストファイルの例 (mgem-hoge.lst) { mrbgems: [ { name : mruby-plato-machine-hoge, descriptrion : PlatoHoge::Machine class, author : mruby developers, license: MIT, repository : dependencies : [ { name : mruby-plato-machine } ] ]} 38

39 mruby & Plato まとめ 39

40 Plato に出来ること mruby アプリケーションが簡単に作れるアプリケーションの形式使用するライブラリ等を詳細に設定可能ビルドプログラム転送可能な IDE IoT サービスとの連携シミュレーション実 40

41 まとめ組込みで使える新言語 mruby Ruby らしさはそのままに軽量化色々なところに組み込める C/C++ と戦わなくても組込みアプリが作れる mruby IoT フレームワーク Plato 簡単に素早くアプリ作成アイデアさえあればアプリ開発可能 IoT/M2M のプロトタイピングが可能 41

42 おつかれさまでした 42

Mruby基本研修

Mruby基本研修 2018 年 3 月 23 日特定非営利活動法人軽量 Ruby フォーラム SCSK 九州株式会社目的軽量 Ruby mruby をマイコンボードにポーティングし機能拡張することで mruby による組込みソフトウェア開発技術の基礎を習得する目標 mruby の概要特徴の理解 mruby ライブラリ開発技術の習得 mruby ポーティング技術の習得 2 1. mrubyの概要特徴 2. mruby